水泥工业应用工业废渣的有效途径

李贺军，王小平，谢安琴

（贵州省建材产品质量检验检测院，贵州贵阳 550000）

0 引言

工业废渣是工业化生产过程中必不可少的一种工业废弃物，但经过有效利用，这种废弃物质能再次发挥出其所具有的价值。工业废渣由于其内部所含有的不同化学成分，使其应用途径也变得相对广泛，所以我们需要弄清不同废渣所应用的范围并寻找到其有效的应用途径，为工业废渣的有效应用提供助力。通过分析我们发现不同工业废渣的化学成分各有不同。废渣之间的成分偏差，尤其是CaO 和SiO2的含量，其中CaO 的含量多少决定废渣玻璃体的结构，也决定其内含化学物质的活性度。所以我们可以参考其所含有的化学成分将工业废渣进行区分。

1 工业废渣的概述

1.1 废渣的来源

重工业生产过程中必然会产生工业废渣，所以其来源渠道广泛。几乎每个工业化生产单位都会产生一定量的废渣。但是从综合利用的角度，主要涵盖了冶金冶炼、电力部门、煤炭开采、化工部门，具体来说就是炼钢厂、冶炼厂、发电厂、炼油厂、化工厂、煤炭开采、金属深加工以及陶瓷加工厂[1]。

1.2 分类

依据不同的生产原料和使用途径以及处理方式，工业废渣分为有毒的、易燃的、具有腐蚀性的、具有传染性的以及具备化学反应性能的。

1.3 主要利用途径

随着我国对原材料的重视以及环保意识的加强，使工业废渣的利用效率得到有效地提高，相应的工艺、技术、设备等都得到很多的支持，这也为工业废渣的再次利用奠定基础。目前对工业废渣的应用主要分为以下几种途径：

（1）用于水泥生产的混合料。

（2）用于水泥调凝剂。此类产品主要是利用具有气硬性的石膏废渣发挥作用，比如：磷石膏、脱硫石膏等，这一系列的石膏可以通过技术手段使其性质改变，这种混合材料能在一定程度上替代天然的石膏，降低此类产品对环境的影响[2]。

（3）应用在混凝土的掺合料钟，用工业废渣自有的一些性能来改善水泥自身的性能以及混凝土自身的耐久性。尤其是在现代化的建筑行业内，随着建设施工品质的不断提高，在施工过程中对混凝土的性能要求也会不断的增加。大面积和大体积的混凝土施工需求导致混凝土的高性能需求成为混凝土必不可少的组成。

（4）水泥原燃料，一些工业废渣，包括有机废弃物、汽车轮胎等可以用在水泥烧制的过程中作为燃料。这是由于这些工业废渣中含有不同的化学元素，因而能作为水泥制作过程中必备的原料。而且有些工业废渣内部所含有的金属物质和有机物是水泥熟料所必须的稳定剂和矿物元素，所以通常被用于水泥熟料的烧制。

1.4 重要性

对工业废渣进行循环再利用，不仅是我国技术发展的结果，同时也是我国可持续发展、绿色环保节能路线的必然要求。同时水泥工业生产过程中所需要的一些化学成分刚好是工业废渣内所能提供的，因此很多具备这些化学成分的废料刚好可以用于水泥生产。

随着我国城市化的发展，城市建设工程中对建设施工的基本构成材料混凝土和水泥的需求量随之加大。水泥工业生产对工业废料的消耗量不断地增加，而且也可以将其用于水泥生产的原材料或是替代性材料。这也是水泥工业发展过程中较为突出的环保优势。所以将工业废渣用于水泥工业不仅能有效替代原材料，而且还能提供燃烧所要用料和成为混合材料生产出水泥，有效消耗了废料而且又实现了资源再利用的目的。

2 目前的主要使用方式

工业废渣应用在水泥工业生产已经存在很多年，而且能够用于水泥生产的废渣类型有很多，本文将以最常见和用量最大的两种为例进行工业废渣应用的具体介绍。

2.1 煤矸石

煤矸石是煤矿在生产过程中产出的废渣，它不仅含有矿物岩石而且含有一部分碳元素和可燃物质，其中矿物岩石的组成成分和黏土非常像，所以在一些应用领域甚至可以替代黏土，为水泥提供所需的硅和铝。经过分析我们得知煤矸石中的铝成分各有不同，可以依据废料中铝元素含量的高低将其进行分类。低铝煤矸石可以被用来进行普通水泥的生产，它在性质上与普通的黏土基本上没有太大的差别，使用时无须进行调整和再加工。而中高铝煤矸石在在进行生产时则需要依据实际需求进行调整和配比，通过在原料中加入高饱和比（KH）以及高铁元素的方式，来使其达到生产的标准。在利用煤矸石的过程中，可以巧妙地利用高铝煤矸石来替代黏土以及部分矾士，为生产提供必需的氧化铝，进而生产出能满足不同凝结需求、不同硬性特征的特殊性水泥，甚至是硅酸盐膨胀水泥。这些水泥的主要用途多为类似于机场跑道、高速公路桥梁施工、工程防御工事等高标准项目中。

利用具有可燃烧物质的煤矸石来燃烧发电，被充分燃烧后的矸石渣又被称作为熟矸或是红矸。它具有一定的活性，能用于生产水泥的混合材料。将水泥熟料、石膏以及熟矸混合在一起并且进行研磨，其质量可以与硅酸盐水泥的标准相媲美。

煤矸石也可以作为一种低势值燃料来用作水泥的生产。其所含有的可燃烧物质能在进行水泥煅烧的过程中进行燃烧，进而产生热量来替代传统煤炭所能提供的热量，继而减少水泥生产过程中的能源消耗。利用煤矸石作为能源供应的材料已经应用非常成熟，很多水泥生产厂家都逐步开始利用这种材料来减少高价燃料的应用需求。

煤矸石虽然作为废料其利用方式非常广泛，但是其在应用过程中仍存在很多的困难，主要原因在于其所包含的化学成分以及热值波动很大，这就给水泥生产带来巨大的影响，如果不进行严格地控制就会导致其生产工艺和产品质量下降。为了更好地让煤矸石发挥作用，应当对煤矸石进行均化，降低煤矸石在窑中的成分总量并减少其所造成的热值波动，提高调整的空间。其次，就是对煤矸石进行分类堆放，对不同成分的煤矸石进行分类并建立对应的资料，以便于在后期的使用过程中能充分地利用其功效，同时确保其热含量和铝成分的稳定性。

2.2 粉煤灰

我国每年对煤炭的使用量非常高，与其相对应的粉煤灰排放量则能够达到1.53 亿t，而煤渣的存储量则达到了11 亿t 之多。为了存放这些煤灰则需要占用近60 万亩土地。但这种情况恰恰与我们人口众多耕地不足的国情相悖。如何改变这一现状，提高粉煤灰的利用率使其能够发挥作用。目前粉煤灰作为工业废料的主要利用方式就是用于烧制水泥熟料以及制作混合材料。当粉煤灰从燃烧炉内排出时经过冷却，活性度较高。它所具有的化学元素可以和水泥中所含有的化学物质——水花产物Ca（OH）2进行化学反应，进而成为水泥制品中的活性混合材料。

粉煤灰的主要成分为铝硅质原材料，所以完全可以替代黏土来配制水泥。使用这种材质进行配料的优势在于：

（1）粉煤灰中含有碳残留物，因而在燃烧过程中会产生一定的热量，这种热量能有效地替代燃料供给的热量为生产加工提供能量，减少水泥熟料对热能的消耗量。

（2）粉煤灰自身具有一定的吸水性能，能有效地降低黏土矿物质的吸热能力。

（3）粉煤灰中含有较多的Al2O3，利用它来提高高硅黏土的配料成分并继而提高熟料的早强性能。

通常情况下使用粉煤灰来制作水泥熟料，其使用量不会太大。因此，如果粉煤灰的使用量较大，则应当使用高硅原料来调整，避免反应过度达不到生产要求。所以通常情况下其在生产过程中的配入量不会超出10%。

3 观念和技术的革新

3.1 观念认知

工业废渣到底是废弃物还是工业生产的原料？具体来说这是工业废渣在工业生产过程中的价值体现。我国工业废渣从废弃物到成为工业生产的资源是一个逐步转变的过程。尤其是经过磨细的矿渣粉已成为水泥生产过程中的非常重要的资源，而粉煤灰也是水泥生产以及混凝土生产过程中的主要原料。而且工业废渣由于自身具备一定的化学元素和物理特性，所以在生产水泥熟料的过程中能大大简化制作工艺，生产出与传统水泥制作工艺相近的同等性能的水泥或是胶凝材料。凭借这一优势，工业废渣的应用方式受到广泛的重视和应用，并带动工业废渣应用地进一步研究，使其能在更多的领域进行使用。

3.2 技术角度

目前由于研磨工艺和实际水泥生产工艺之间还存在很大的差距，由于废渣的构成各有不同，所以在进行配置的过程中由于配比方式和搭配计量的不同会存在较大的差距，同时也会存在一定的问题。因此在加工过程中必须要采用一些其他的材料如助磨剂、激发剂等来推动混合材料的效用。

4 结束语

通过上述各个要素的综合分析我们可以看出，工业废料在水泥工业中的应用不仅能充分使其发挥作用而且能在不同的需求下使工业废料产生不同的价值和作用，进而达到降低能耗、替代原材料、提供热能的目的，最终实现节能环保、物尽其用的目标。